ELLÄRA

1012

tera

T

109

giga

G

106

mega

M

103

kilo

k

102

hekto

h

101

deka

da

1

 

 

10-1

deci

d

10-2

centi

c

10-3

milli

m

10-6

mikro (micro)

10-9

nano

n

10-12

pico

p

10-15

femto

f

10-18

atto

a

10-21 zepto z
10-24 yocto y

Strömmens gränser
0,5mA Gräns för att strömmen ska kännas i fingrarna
10mA Man börjar få muskelkramp
15mA Kramp i muskler, ett grepp kan inte lossas
30mA Andningsförlamning, omöjligt att andas efter någon minut
80mA Dödande om stömen får verka mer än 1 sekund
2A Omedelbart dödande, brännskador

En enkel förklaring över ström, spänning och resistans genom en jämförelse med vatten kan göras på detta sättet :
Benämning Storhet Förklaring
Spänning -
U
- Vattnets höjd nivå och det tryck som bildas av det kallar vi spänning. Ju högre fallhöjd ju högre spänning. Ingen höjdskillnad, ingen spänning.
Ström -
I
- Den vatten mängd som strömmar ut ur vatten baljan kallar vi ström. Ju högre vatten desto mera ström.
Motstånd -
R
- Rörets tjocklek utgör motstånd. Ju smalar rör ju högre motstånd och ju mindre blir I.

Ohoms-lag
Storhet Benämning Enhet Beteckning
U
- Elektrisk Spänning -
Volt
-
V
I
- Elektrisk Ström -
Ampere
-
A
R
- Resistans -
Ohm
-

Om vi tänker oss exemplet ovan med vattennivån och det strömmande vattnet genom röret och tänker vad som skulle hända om röret var för klent. Tänk exempelvis ett sugrör på en trädgårdsslang med fullt tryck. Vad skulle hända ? Sugrörets väggar skulle inte palla trycket och därmed gå sönder och spricka. På samma sätt sker om man har för klena ledningar där man försöker föra för mycket spänning igenom.


RESISTORER

En resistor har 2 huvuduppgifter i en krets:
* strömbegränsare
* spänningsdelare

De 2 vanligaste resistortyperna är den trådlindaderestorn och ytskicksresistorn.
Färg Siffra
Antal nollor
(Nästs sista ringen)
Tollerans
(Sista ringen)
- Svart 0 0 100 = *1
- Brun 1 1 101 = *10 +-1%
- Röd 2 2 102 +-2%
- Orange 3 3 103
- Gul 4 4 104
- Grön 5 5 105 +-0,5%
- Blå 6 6 106 +-0,25%
- Violet 7 7 107 +-0,1%
- Grå 8 8 108
- Vit 9 9 109
- Guld *0,1 10-1= *0.1 +-5%
- Silver *0,01 10-2 = *0.01 +-10%

Serikopplade motstånd
R1 + R2 + ... Rn = Rtot Seriekopplade motstånd summeras för att få reda på ersättningsmotståndets totala Resistans.
UR1 + UR2 + ... URn = Utot Vi får ett spänningsfall över varje motstånd. Summan av spänninsfallen är totlaspänningen.

Parallellkopplade motstånd
1/R1 + 1/R2 + ... 1/Rn = 1/Rtot Parallellkopplade motstånd kan man få reda på ersättningsmotståndets totala Resistans genom denna formeln. Ersättningsmotståndet är ALLTID mindre än minsta motståndet i parallellkretsen.
1/(1/R1 + 1/R2 + ... 1/Rn) = Rtot
Om motstånden är lika stora blir formeln R1/Antal
IR1 + IR2 + ... IRn = Itot I varje förgrening finns en grenström. Summan av grenströmmarna är huvudströmen.

Mer om resistorer.

ACKUMULATORER / BATTERIER

Ackumulatorer lagrar Elektrisk energi, ofta på kemisk väg. Kapacitansen (Laddningsmängden) mäts i amperetimmar(Ah). ex. 40Ah betyder att vi kan ta ut 20A under 2 timmar eller 4A under 10 timmar osv..
Blyackumulatorn 2 blyelektroder i elektrolyt (elektriskt ledande vätska) av utspädd svavelsyra. Varje cell har en spänning på 2V. (Bilbatteri har 6 celler)
Laddas med max 1/3 av Ah. Ex. 75Ah laddas med max 25A. Vid laddning bildas knallgas. Explosionsrisk !
Nickel-kadmium-ackumulatorn
(NiCd)
Plusspol av nickeloxihydroxid. Minuspol av kadmium. Elektrolyt är kaliumhdroxid. Cellspänningen är på 1.2V
Har "minne", måste laddas ur helt innan uppladdning.
Laddas med max 1/10 av Ah. Laddas i ca 14 timmar (40% överladdning)
Kadmium är mycket giftigt.
Nickel-metall-hydridackumulatorn
(NiMH)
Liknande NiCd-battteriet men där kadmium ersatts med en metallhybrid vilket ger stor miljövinst & ca. 40% större energiinehåll. Saknar minne !
Litium-ionbatteri Består av litium. Mer energiinehåll per volym & vickt. Kan explodera vid felaktig uppladdning. Li-ionbatteriet har en cellspänning på 3,6V
Torrbatterier Ej uppladdningsbara. Olika typer bla. brunstens-, alkaliska-, litium-, silver-, kvicksilver- & magnesium-batterier. Brunsten är vanligast.

namn startspänning (V) Drifttid (t) Kommentar
Litium/SO2 3 50
Litium/MnO2 3 70 Sjunker under dess livstid.
Silveroxid 1,5 80
Brunsten 1,2 15 Spänningen sjunker under dess livstid
Alkaliskt 1,2 50
Kvicksilcer 1,2 90
Zink/luft 1,2 140


Inre Resistans
I en acumulator finns ett inre motstånd. Denna Resistans får man fram genom att ta och mäta Spänningen(U) över en extern Resistor(R) och räkan fram Amperen (I). Sedan räknar man baklänges fram (den korreckta) Spänningen(U).

EFFEKT & ENERGI

Effekt

Effekt talar om "styrkan" på något. Förr talade man om Hästkrafter i bilar, idag talar man om watt. En Hästkraft motsvarar 736 watt. Ett bra exempel på elektrisk effekt är att titta på en 100W lampa och en 25W lampa och där tydligt se att 100W lampans ljusstyrka är betydligt större än 25W lampans ljusstyrka.

Storhet Benämning Enhet Beteckning
P
- Aktiv Effekt -
Watt
-
W
U
- Elektrisk Spänning -
Volt
-
V
I
- Elektrisk Ström -
Ampere
-
A

( P=U2/R P=R*I2 )

Energi
Energi är produkten av effekt och tid.
Storhet Benämning Enhet Beteckning
W
- Elektrisk Energi -
watsekund
-
Ws
P
- Aktiv Effekt -
Watt
-
W
t
- Tiden -
secunder
-
s

(ofta är sec för litet och vanligare är att det anges i timmar (h))

LEDARE

Olika materials Resistivitet har man kommit fram till genom att mäta resistansen i en 1m lång och 1mm2 ledning i 20°C. ( I -273°C (absoluta noll punkten) blir det koppar till supraledare (0Ω).)
En enkelledarkabel består av flera "kardeler" (trådar).
Elledningar i ett svenskt hus (i väggen)
Benämning Färg
fasledare (fasen) svart
neutralledare (nollan) blå
skyddsledare (jorden) gul/grön

PTC - "Posetiv temperaturkoefficient" - Ökad temperatur = Ökad resistans
Minskad temperatur = minskad resistans
NTC - "Negativ temperaturkoefficient" - Minskad temperatur = Ökad resistans
Ökad temperatur = Minskad resistans

Storhet Benämning Enhet Beteckning
Pk
- Effektförlust -
Watt
-
W
Rk
- Kabelns Resistans -
Ohm
-
I
- Elektrisk Ström -
Ampere
-
A

Material Resistivitet
Koppar 0,0175 Ω
Silver 0,016 Ω
Aluminium 0,30 Ω
Guld 0,024 Ω
Volfram 0,056 Ω
Järn 0,105 Ω

Storhet Benämning Enhet Beteckning
R
- Resistans -
Ohm
-
p (uttalas "rå")
- Resistivitet -
ohmmeter
-
Ωm
l
- Längd -
meter
-
m
A
- Arean -
kvadrat mm
-
mm2


HALVLEDARE

De vanligaste halvledarmaterialen är Kisel och Germanium. En halvledare är perfekt motstånd vid absoluta nollpunkten (-273°) men blir bättre ledare ju varmare det är, tack vare att elektroner frigörs. Halvledarna har NTC-egenskaper.
Halvledare utgör grunden för transistorer.

Mer om halvledare.

MÄTISNTRUMENT

I äldre annaloga mätisntrument sitter nålen monterad tillsammans med en elektromagnet och en fjäder. Ju mer ström/spänning ju större magnetfält och ju mer utslag på nålen, som hålls tillbaka av fjädern.
Elektromagneten har ett visst motstånd och vid en viss strömm ger nålen fullt utslag. Vi vill INTE att nålen ska göra mer än fullt utslag.
Då nålen inte får gå i bott "tar vi bort" så mycket spänning som behövs över R. (I = U / R)
Stort R = stort mätområde
Då nålen inte får gå i bott "leder vi bort" så mycket ström som behövs över R (s.k shunt) .
Strot R = litet mätområde (mer ström går över Ri.
Då nålen inte får gå i bott "tar vi bort" så mycket spänning som behövs över R. För att nålen ska "bottas" (till höger) vid 0Ω och batteriet kan ha lite spänning kvar skysterar vi detta med hjälp av Rp.
Stort R = stort mätområde

Tänk på att ett mätinstrument bildar ett motstånd vid "inkoppling" och därför förändrar mätvärdena, om det inte är ett hög-ohmigt instrument.
För att inte bryta en kretts vid mätning av strömmen (A) kan man göra en inderekt mätning. Man mäter spänningen (V) över en känd resistor och räknar ut strömmen genom ohms-lag (I=U/R).
Dom allra flesta av dagens instrument är höghomiga och signalen förstärks i dom med förstärkar. Det finns 2 typer :
DVM - Digita voltmeter (med display)
AVM - Analog voltmeter (med nål, där 0 ohm ligger till vänster.)

Tångamperemeter - tången innehåller spolar som bildar en elektromagnet. Genom att stoppa en sladd i tången (innuti magneten, en kärna med 2 spolar) mäter man magnetfältet som bildas och där med räknar man ut ström och spänning. Tänk på att kolla så det är en True Root Mean Square (TRMS) mätare så den inte bara är avsedd för 50kHz och likström. Tänk också på att du inte kan mäta 2 sladdar som går i vardera riktningen då dessa tar ut varandra.

Oscilloskop - Ritar med hjälp av elektrånstråle (rasterstråle) upp sinuskurvan på en liten "tv-skärm". I x-led är tiden och i y-led är amplituden (spänningen (U)).

Grafisk multimeter - Som en hand dator som både kan vara som ett "vanligt"-mät-instrument och visa siffror men också rita upp kurvor som ett Oscilloskop.

KONDENSATOR

Kondensatorns kapacitans(C) mäts i Farad(F). Ofta i mikrofarad(µF). Enbart Farad är så stort. Ju större plattor och ju mindre avstånd mellan plattorna ju större kapacitans (OBS för nära blir det överslag om spänningen blir för hög).
Storhet Benämning Enhet Beteckning
T
(uttalas "tau")
- "tau" -
sekunder
-
s
R
- (Kabelns) Resistans -
Ohm
-
C
- Kapacitans -
Farad
-
F

Tiden det tar vid uppladdning för kondenstaor att nå 63% av spänningen räknas som 1 "tau". Efter 5 "tau" anses kondensatorn vara helt uppladdad, även om den aldrig kan bli lika stor som påtryckt spänning.
Lika dant vid urladdning. När 37% av spänningen finns kvar i kondenstatorn räknas detta som 1 "tau". Efter 5 "tau" är den helt urladdad.

Exempel:
En krets med matning 10V, Resistor på 2kΩ och en kondensator på 100µF.
T=2*103*100*10-6=0,2sec
För full uppladnning måste vi gångra med 5; 5*0,2sec = 1sec

En kondensator på 200µF tar dubbel så lång tid på sig.

Man vill vid tillverkning att produkten C*U (kapacitensvärde gånger märkspänning) ska vara så stor som möjligt per volymsenhet. (Kondensatorns laddning = Q=C*U)

Polariserad kondensatorer:
Måste + & - kopplas till rätt ben, anod(+) & katod(-).
Vanligaste typen är aluminiumelektrolytkondensatorn (kallad elektolyt). Katoden i denna är en elektrolyt-vätska och elektrisitet ledande folium. Issoleringen är aluminiumoxid.

Opolariserad kondensatorer:
+ & - ingen roll.
Vanligaste typen är Plastfoliekondensatorn.

Märkning av kondensatorn.
Antingen med färg (se resistorer) eller som exemplen:
4M7/10/100 = 4,7*106pF (=4,7µF) 10% 100V
3E3/10/100 = 3,3pF 10% 100V

Om inget annat anges är det picofarad (pF)(10-12).

Mer om kondensatorer.

MAGNETISM

Permanentmagnet är magnetisk utan spole/ström. En sådan är känslig för slag och uppvärmning. Minneralen Magnetit är magnetisk och innehåller mycket järn.
Olika poler (nord & sydpol) Atraherar (dras mot varandra), medan lika Repelirar (stöter bort varnadra) varandra. I jordens inre magnet är N på S-polen och S på N-polen, annars skulle inte kompassnålens N peka mot N.
Magnetens kraftlinjer ger ett magnetiskt flöde, betecknat Φ(fi) i formler, och mäts i weber (Wb).

El-magnet / Spole
Högerhandsregeln säger att lägg höger hand på en spole med fingrarna i strömens ricktning och tumen pekar då åt N. Lägger du tummen över en ledning i strömmens ricktning ser du på fingrarna åt vilket håll magnetfärltet "snurrar" runt ledningen.

För att förstärka en elekromagnet kan man :
1. Öka strömmen.
2. Öka antal varv.
3. Föra in en kärna.

Kärnan i en elektromagnet ska vara ferromagnetiskt ämne. Järn har ett överskott på 4 elektroner som roterar i en ricktning, nickel två och kobolt en. Andra ämnen har lika många elektroner som snurar åt båda hållen och tar ut varandras magnetism. Elektronen spinner/snurrar i motsatt håll mot strömmen.
Trögheten i en elektromagnets kärna att ändra "polaritet" kallas hysteres. När kärnan uppnår max magnetism kallas det att den är mättad. Efter total mättnad hjälper inte järnkärnan till mer utan ev. ökad magnetism sker enbart genom ökad ström eller fler antal varv.
Magnetismen som finns kvar i kärnan efter strömmen är 0, altså som eftersläpas kallas remanens. Koercitivkraften anger hur mycket kraft som måste tillföras för att ta bort remanenssen vid omlägning av strömmen (+ till - eller - till +).

Induktion(s spänning).

(EMK) elektromagnetisk kraft bildas då en ledare paserar ett magnetfält. Sällan användast endast bara 1 ledare utan flera sätts ihop till en spole.

Om en magnet förs ner i en spole skär magnetfältet genom ledarna i spolen. Detta ger uppkomst till en spänning i ledaren. Beroende på vilket håll magnbetfältet skär ledaren ändrar späningen riktning. Spänningen växlar (kom ihåg detta ordet) helt enkelt.
Man kan räkna ut hur stor spänning vi kommer att få genom formeln under:
Storhet Benämning Enhet Beteckning
E
- Elektromagnetisk Kraftt (emk) -
Volt
-
u
B
- Födestätheten på magnetfältet -
Tesla
-
T
-
Weber/m2
Wb/m2
v
- Hastigheten -
meter/sekund
-
m/s
l
- Längden -
Meter
-
m

I kärnan på en spole bildas "virvelströmmar". Dessa uppstår då det blir olika spänningar i olika delar av kärnan. Virvelströmmarna utvecklar förluster i form av värme s ka vivelströmsförluster. För att minsa dessa delar man upp kärnan på olia sätt. Ett sätt är att använda en lammelleradkärna. Den består av flera lakerade plåtar, där lacken utgör issolering.

Mer om spolar.

VÄXELSTRÖM



Frekvens = Antal varv/sec. Mäts i hertz (Hz). 1Hz = 1 varv/sec.
Förr angavs det i p/s (period per sec). På eng. c/s (cycles per sec)
Utgå när du ritar ut spänningskurvan ALLTID från 0v. Altså att rotorn i en generator (ofta permanentmagnetn) ska vara i vågrätt läge och rotorn ska rotera moturs/motsols. Ett varv kallas Period (en sinusvåg eller 360°)

Topp- till botten-spänningen är spänninge mellan lägsta och högsta punkten. 2*û. Detta kan betecknas och heta olika. Ex:

ut-b
Kan skrivas på dessa sätt också :
ut-t topp till topp
up-p Eng. peak to peak
us-s Tyskans spitze zu spitze

Storhet Benämning Enhet Beteckning
T
- Period tid -
Secunder
-
s
f
- Frekvens -
Hertz
-
Hz
Formeln beskriver tiden det tar för rotorn att snurra ett varv

Storhet Benämning Enhet Beteckning
û
- Top Spänning -
Volt
-
V
U
- Effektivvärde -
Volt
-
V

Momentvärde är spänningen u (OBS litet u) vid ett visst läge på rotorn/magneten (tidpunkt).
Effektivvärde kallas på eng. Root Mean Square och förkortas RMS.

EL-MOTOR / GENERATOR



Rotor är delen som snurrar
Stator är delen som står still

Kollektor ger rotorn ström (kolen sitter här). I en likströmsmotor kallas den kommutator. I en växelströmsmotor består den av 2 släpringar.

För att få kraftigare och reglebart flöde byts rotorn i en växelströms-generator ofta ut mot en en elektromagnet. Ofta får denna spänning från en likströmsgenerator som sitter på samma axel som motorn driver.

En växelströmsmotor där rotorn är en magnet kallas Synkronmotor. Magneten är antingen en statisk magnet eller en elektromagnet som får sin ström från en likströmsgeneratro som sitter på axeln. Denna motor har 3 (eller fler) lindningar i statorn som var och en är kopplad till en fas i det svenska 3-fas nätet.Dessa spolar magnetiseras olika och på så sätt drivs rotorn runt. Denna motor kallas synkronmotor för att den går synkront med frekvensen på nätet. I sverige gör den 50 varv/sec (svenska nätet har 50Hz).
Det är frekvensen och antalet magnet poler som styr varvtalet.

Storhet Benämning Enhet Beteckning
n
- varv/min -
-
f
- Frekvens -
Hertz
-
Hz
p
- Antal poler
(på magneten)

En Asynkronmotor (den mest förekommande) har statorn uppbyggd på samma sätt, altså genom spolar som är kopplade till var sin fas. Rotorn består här enbart av massa sladdar(metallbitar) ihopsatta i ändarna av 2 ringar, s k änd-ring. Ledningarna ligger längst med axeln. När en av ledningarna passerar (är nära) en av elektromagneternas (spolarnas) magnetfält, bildas en spänning i ledningen. Då andra av ledningarna har en mindre spänning (då dom inte är lika nära eller är i ett motstående magnetfält) och dessa 2 ledningar är ihopkopplade via änd-ringen uppstår en ström. Uppstår det en ström uppstår det ett magnetfält runt ledningen. 2 magnetfält påverkar varandra (ledningen och spolen) och rotorn börjar snurra.
I formeln u(E)=v*l*B står v för hastighetsskillnaden mellan ledning och magnetfält. Denna är vid start av motor MYCKET stor, och det är därför vi vid start behöver en Y-D-omkopplare.Motorn behöver mycket ström vid starten, 5-7 gånger den ström som märkplåten anger, och därför startar vi med Y-koppling för att sedan byta till D-koppling under drift. Idag ersätts Y-D-omkopplare med elektronik i elektriskt styrd "mjukstartare".

En 3-fas-motor på ett enfasnät (inkopplad på fas och nolla) har en kondensator kopplad mellan tredje lindningen och en av dom andra ingående ledningarna.

Genom att byta 2 plats på 2 av faserna kommer motorn (gäller alla 3-fas-motorer) att snurra åt andra hållet.

Effekten som anges på en motor är effekten ut på axeln. Då en motor har förluster så som järnförluster, resistiva förluster, ventilförluster, friktionsförluster, resistiva förluster i rotorn och fläcktförluster anges en motors verkningsgrad. Pin * verkningsgraden = Put.

Symboler för Motor och Generator
G = Generator
S = Synkron
1^=Enfas
Permanentmagnet
M = Motor
3^= 3 fas
Elektromagnet

TRANSFORMATOR


Funkar enbart med Växelström.
En transformator består av minst 2 spolar och en kärna. Kärnan är "sluten", det vill säga att spolarna sitter på var sida om en O-formad kärna. Kärnan är "bladad" ("laminerade", lackade plåtbitar utgör kärnan) för att minska magnet förlusten.
Ingångssidan kallas primärspolen och utgångs spolen för sekundärspolen. Ibland kallas den största spolen för uppsidan och den/dom mindre för nersidan.
Primärspolen inducerar ALLTID en emk som är lika stor som påtryckt spänning.
Effekten på en transformatorn anges ALLTID i Skenbar effekt.

En s ka vridtransformator där sekundärspänningen kan ställas in steglöst med ratt är en spartransformator.

Symboler för transformator
Enlinjeschema



Storhet Benämning Enhet Beteckning
U1
- Spänningen på primärspolen -
Volt
-
V
N1
- Varvantal på primärspolen -
-
U2
- Spänningen på sekundärspolen -
Volt
-
V
N2
- Varvantal på primärspolen -
-

Storhet Benämning Enhet Beteckning
n
uttalas "äta"
- Verkningsgrad
(Förlust i spolen)
-
%
-
P1
- inkommande effekt -
Watt
-
W
P2
- utgående effekt -
Watt
-
W

Då P bestpår av U*I så kan man också säga att I1*U1=I2*U2 och då få att I2/I1=U1/U2 (OBS lägg märket till att I2 står överst)
Hel blir då att I2/I1=U1/U2=N1/N2
(Altså ökar strömen om man minskar spänningen med en transformator.)

Märkningne på maximala effekten en transformatoor tål anges i S (skenbar effekt)

Trefas trafo har minst sex lindningar, 1 / fas och sida.

FASFÖRSKJUTNING

Resistor

Den övre bilden visar växelström genom en vanlig resistor. Efter ett varv 360° (1 Period) börjar kurvan om. När Strömmen och Spänningen skär genom 0 punkten samtidigt säger man att den är i fas. Man brukar göra ett visardiagram, där strömmen ALLTID är åt höger och kallas riktfas. I detta fallet ser det ut såhär.

Man säger att fasförskjutningen (tecknet för fasförskjutning är φ) är 0°

Den gröna kurvan i övre bilden visar Effekten (P). Formeln för Effekt (P) är U*I=P. Tänk dock på att U INTE är sammasom û ! Då minus och minus i en multiplikation blir pluss, blir effektkurvan posetiv, trotts att spänning och ström är negativ.
Effekt kurvans toppar kan läggas ner i dess dalar (visas i den undre bilden) för att illustrera den Aktiva effekten. Det är denna effekt som utför arbetet och som vi vill ha.
Formeln U*I=P funkar här då Ström och Spänning ligger i fas.

Kondensator



Vid början av uppladdningen rusar laddningarna, strömmen, som mest till kondensatorn (I är max). När kondensatorn är fullladdad sker ingen uppladdning mer och där med inga laddningar (strömm) i rörelse (I är 0). Altså när Uc (spänningsskilnaden över kondenstatorn) är som störst (när kondenstatorn är färdigladdad) är I som minst (0). Och när Uc är som minst (när kondensatorn är urladdad och ska börja laddas upp) är I som störst (max).


Man säger φ är 90° och att strömmen ligger just 90° före.
(Tänk pilarna som rotorn som ritar upp kurvorna. Tänk också på att rotorn går motsols)

Då en kondensator har ett issolerande skickt som inte släpper igenom någon ström leder inte kondensatorn någon egentlig ström. Stömmen "studsar" ju bara fram och tillbaka till kondensatorn så strömmen förbrukas ju inte och ingen egentlig energi går åt (förutom i ledningarna där det finns ett motstånd).
Tittar du på den svarta kurvan ovan ser du att kurvan är lika stor ovan linjen som under. Dom 2 tar ut varandra. Ingen effekt finns altså. Denna effekt kallas Reaktiv effekt och betecknas Q. För att veta att det är en kondensator (eng. capacitor) kallas det Kappacitiv effekt och betecknas Qc. Denna mäts i VAr (Volt Ampere reaktiv) och utalas "var". Reaktiv effeekt (Q) är ej önskvärd effekt.

Kondenstaorn utgör en Kapacitiv belastning el. Kapacitiv reaktans. Betecknas X. För att veta att det är en kondensator (eng. capacitor) skriver man Xc. Altså kondensator resistans för växelström.

Storhet Benämning Enhet Beteckning
Xc
- Kapacitiv reaktans -
Ohm
-
f
- Frekvensen -
Hertz
-
Hz
C
- Kapacitans -
Farad
-
F

Spole / Induktor

Kallas också reaktor, induktor eller i telesammanhang för drossel.

Spolen är motsattsen till Kondensatorn. Så fort strömmen ändras induceras en emk (elektro magnetisk kraft) som är motriktad den spänning som gav upphov till strömförändringen. Emk:n alstrar en en lika stor spänning fast i motsatt riktning. Den kallas motemk.

Man säger att spänningen ligger φ är 90° (om spolen haft 0Ω) och att spänningen ligger före. Det kallas ibland för possetiv fasförskjutning.
Även här sker förbrukas inte strömmen utan pumpas bara fram och tillbaka (mellan spolen och spänningskällan). Altså sker ingen effektutveckling i en perfeckt spole (en med 0Ω).
Tittar du på den svarta kurvan ovan ser du att kurvan är lika stor ovan linjen som under. Dom 2 tar ut varandra. Ingen effekt finns altså. Denna effekt kallas Reaktiv effekt och betecknas Q. För att veta att det är en spole/lindning kallas det Induktiv effekt och betecknas QL. Denna mäts i VAr (Volt Ampere reaktiv) och utalas "var". Reaktiv effeekt (Q) är ej önskvärd effekt.

Spolen ger växelström en motstånd som kallas Induktiv belastning el. Induktiv reaktans.

Storhet Benämning Enhet Beteckning
XL
- Induktiv reaktans -
Ohm
-
f
- Frekvensen -
Hertz
-
Hz
L
- Induktans -
Henry
-
H

Räkne exempel (transformator, motor och faskompenserar)

En motor har följande data:
U=3*400V (400V det är 3 lindingar)
Pin=9.0kW
cos φ=0,5

En transformator har följande data :
U=20kV/400V
S=12kVA

Motorn drar:

Formel : P=V3*U*I*Cos φ
I=9000/(V3*400*0,5) = 25,9A

Transformatorn klara att leverera:

Formel : S = V3 * 400 * I2
(I2 = Iut)
I2 = 12000/(V3*400) = 17,3 A

Transformatorn kommer att bli starkt överbelastad om vi inte faskompenserar motorn.

SERIEKOPPLING MED VÄXELSTRÖM


Mäter vi upp stömmen över kretsarna får vi dessa värden.
I = 1,5 A
U = 5 V
UR = 4 V
UL = 4,5 V
UC = 1,5 V

Lägger man ihop komponenternas spänningsfall (4 + 4,5 + 1,5) så får vi INTE 5V. Vi måste göra ett visardiagram över krettsen. Då det är en seriekrets är strömmen den samma och därför använder vi strömmen som riktfas.



Vi börjar längst upp och går nedåt. Vi ritar ut UR i riktning med strömmen (pekande åt höger). Då varje ruta representerar 0,5 V blir det 9 rutor. Sedan kommer UL (spolen) som ska vara 90° uppåt mot strömmen (som fortfarande ska tänkas peka mot höger). Och sist ritar vi ut UC (kondensatorn) som vi ritar nedåt då den ligger 90° nedåt mot strömmen. UC motverkar UL kan vi se här. Vi har nu ritat ut treangelns Kateter och spänningne är Hypotenusan. Vi får vinkeln φ genom att använda trigonometris formler.
sin(φ) = UR/U => φ = sin-1(UR/U) => φ = 53°

Vi förändrar inte triangelns vinklar om vi dividerar eller multipliserar triangels sidor med samma värde, vi visar bara något annat med triangeln. Detta betyder att vi nu kan dividerar alla sidor med Strömmen (1,5A) och få fram resistansen. Z=U/I. Rtot i växelströmsläran betecknas Z och kallas Impendans (summa motstånden i en växelströmskrets).

Om vi istället multiplicerar sidorna med strömmen får vi effekten. Denna betecknas S då det är den Skenbara effekten (och betecknas VA). Kvoten mellan P och S kallas effekt faktorn och är samma som cos(φ).

I ex. ovan blir värdena följande :

I = 1,5 A
U = 5 V
UR = 4 V
UL = 4,5 V
UC = 1,5 V
φ = sin-1(UR / U) => sin-1(4 / 5) => 53° (fasförskjutningsvinkeln)
Z = U / I => 5 / 1,5 => ca 3.33Ω (Impendansen)
R = UR / I => 4 / 1,5 => ca 2.67Ω (Resistansen i motståndet)
XL = UL / I => 4,5 / 1,5 => 3Ω (Induktiv belastning el Induktiv reaktans. Spolens/lindningens resistans mot växelström)
XC = UC / I => 1, 5/ 1,5 => 1Ω (Kappacitiv belastning el Kappacitiv reaktans. Kondencatorns resistans mot växelström)
S = 5*1,5 => 7.5 VA (Skenbar effekt)
P = UR * I => 4 * 1,5 => 6 W (effektutvecklingen i resistorn (aktiv effekt))
QL = UL * I => 4,5 * 1,5 => 6,75 VAr (Induktiv effekt genom lindningen/spolen)
QC = UC * I => 1,5 * 1,5 => 2,25 VAr (Kappacitiv effekt genom Kondensatorn)
Q = (UL - UC ) * I => (4,5 - 1,5 ) * 1,5 => 4,5 VAr (Reaktiv effekt (altså ej användbar eller ej existerand))

Vid en viss frekvens kommer Kondensatorn och Lindningens reaktans att ta ut varandra. Den frekvensen kallar vi för resonansfrekvens. Krettsen kallas resonanskrets och utnytjas vid inställning av motagning av olika frekvenser(stationer). Vi vill INTE ha en resonansfrekvens i ett starkströmnät.

PARRALELLKOPPLING MED VÄXELSTRÖM


Spänningen är samma i en Parralelkrets. Därför är Spänningen(U) riktfas här.
I denna triangeln kan INTE Spänning och belastning/Resistans plockas in!


Praktisk koppling.
En motor bestpår av en minst en lindning. Lindningen har både en resistans och en induktans. Vi ritar den därför som en resistor och en lindning. Lindningen orsakar en fasförskjutning som är ej önskvärd då den skapar stor strömm. Vi kan minska QL genom att läga in en kondensator parralelt med motorn. Vi lägger in kondensatorn parralelt för att inte förlora effekt över den och på så sätt minska motorns uteffekt.


Kretssen ser ut såhär. Frågan är hur stor kondensator vi ska sätta in.

Visardiagrammet över enbart motorn (resistor och lindning) ser ut såhär.
Vi önskar att det såg ut såhär för att på så sätt minska I och kunna dra ner säkringen

Genom att ta QL-Q får vi fram QC. Då U är samma i hela Parralelkretsen kan vi Räkna ut IC genom QC/U=IC. Vi räknar fram belastningengenom U/IC=XC. Formelan Använder vi och löser ut C i. Vi får då att C=1/(2π*f*XC) och får på så sätt reda på hur många Franehight kondensatorn ska vara på.
Kondensatorer som dessa kallas Faskompensatorer och anges ofta i VAR, vilket betyder att man inte behöver räkna fram F på dom.

TREFAS I SVERIGE.

Kraftverk D-kopplade trefas generatorer.
Rotorn består av en elektromagnet.
ca 20 kV (större spänning och det blir issoleringsproblem efter som statorlindningarna är gjord av rektangulära ledare för utrymmesskäl men där hörnen får en koncentration av spänning)
Transformator-station / Ställverk
D-kopplad Transformator
omvandling upp till Extra Högspänning 400kV (& 220Kv i vissa fall)
400kV är högsta spänningen i Sverige.
Högspänning är att fördra då det minskar förlusterna i ledningarna. Vid en viss spänning sjunker förlusterna.
Stamnätet Luftledningar / Ställverk
Stamnätet består av ca 15000km 400kV- & 220kV ledningar. ca 150 transformatorer & ställverk. (Gottland och Själland har likström till sig)
Extrahög spänning (i Sverige) 400kV& 220kV
Transformator-station / Ställerk
D-kopplad Transformator
omvandling ner till Högspänning på 132-45kV
Regional nät Luftledningar
Högspänning 132-45Kv
Transformator-station / Ställerk
D-kopplad Transformator
omvandling ner till Högspänning på 20kV
Stor Konsumeten av el ex. Fabrik Direktleverans
Högspänning 130kV

lokala nätet Luftledningar Jordledningar
Landet Mindre Kommun
Transformator
D/Y-Kopplade
omvandling ner 3*400V
Jordledning
20kV
lokal s k nätstation
D/Y-Kopplad transformator
lokal transformatorstation
D/Y-Kopplad transformator
Hushållsspänning. 4-5 ledningar går vidare. L1, L2, L3 & PEN (PE & N). Nollan får vi tack vara ett sekundärsidan på dom sista transformatorerna är Y-kopplade.
Kabelskåp Kopplingsskåp. Det plåtskåp som står på gatan och "delar" ut 4-5 ledningar via marken till alla närligande fastigheter.
Serviceledning Kabeln mellan kopplingsskåp och huset
Konsument Elmätar & huvudsäkringar.
4-5 ledningar kommer in till konsumenten vid namn L1, L2, L3 & PEN.

In till Abbonnenten levereras 3-fas och en PEN-ledare via serviceledningen. Dessa kopplas in på 3 huvudbrytaren, går vidare till huvudsäkringarna (3 st), paserar elmätaren och via huvudledaren ner i huvudcentralen. Huvudledning kallas också kabeln till ev. undercentraler.

Ledare kabelfärg
L1 - Brun
L2 - Svart
L3 - Grå
Skyddsledare - Gul-Grön
Neutral - Blå
Mellan faserna är det 400V.
Mellan fas oc Neutral (Nolla) är det 230V
Mellan Neutral och Skydsjord (Jord) är det 0 V

PEN-Ledaren (Protective Earth Neutral) delas upp i 2 delar i Gruppcentralen.PE (Skyddsjord) och N (Nollan). Denna sladden är gulgrön in i huset med en blå markering.

Det finns olika system hur man kopplar in husets el.

Direkt Jordat system
(Helt dominerande i Sverige)
TN-System TN betyder Terra Neutral. Altså Jord och nolla.
T - direckt förbindelse till jord av punkt i fördelningssystemet (gruppcentralen)
N - direckt förbindelse mellan utsatta delar och fördelningssystemets jordförbundena punkt
TN-C C=Combined. Skyddsledare och neutral är kombinerad genom hela systemet
TN-S S-Separated. Neutral och skyddsledare är åtskilda genom hela systemet.
TN-CS Kombinerad TN-C och TN-S. Vi kan gå från gemensamt till separerat men ALDRIG från separerat till gemensamt.
Icke direktjordade system
TT-System TT-Terra Terra. Dubbeljordning. Gruppcentralen har en jord och utsatta delar har en jord.
IT-system IT-Insulated. Inderekt jord.

TREFAS i början

Tre lindningar i en generator. Fasförskjutning på lindningarna (spänning och ström) på 120°
Lindningarna heter L1, L2 och L3 (Betacknadse för med R, S och T). Summa spänningen på dessa 3 faser är 0V (om dom är lika belastade).

I D-kopplingen kan ingen nolla tas ut.
På varje ingående sladd kommer 230V in (i Sverige). Altså mellan en fas och nollan får vi fasspänning som betecknas Uf.
Mellan 2 faser uppstår huvudspänningen som är på 400V (i Sverige) och som betecknas U. Den får man geom att ta Uf*√3

Effekt i Trefas
Y-Y-koppling
UR = U * √3 (230V)
IR = I
Varje R belastas med Uf
PR=UR*IR (P=Uf2/R)
PY-tot = 3 * PR
Y-D-koppling
UR = U (400V)
IR = I * √3
Varje R belastas med U
PR=UR*IR (P=Uf2/R)
PD-tot = 3 * PR

S = √3 * U * I
Ptot = S * cosφ
(OBS. om cosφ är 1, ex. över en resistor, är S och P samma)
Om du vet endast effekten över en belastning och dom andra är lika blir Ptot = 3 * PR (lägger samman dom 3 PR )
Y-D-omkopplare används för att variera effekten till olika apparater ex. Y-kopplas en el-motor vid starten då lindningarna behöver mycket ström för att sedan kopplas om till D-koppling under drift.

SCHEMAN & RITNINGAR

Liksom i alla konstruktioner måste man kunna skapa ett pappersunderlag (idag görs dessa på data mest) som den som ska bygga kan följa, i vårt fall att koppla upp och dra sladdar mellan rätt komponenter. Ska man dra elen i ett hus behövs Installationsritning(ar), ska man bygga en industri-maskin behöver man (i dom flesta fall) ett elskåp som behöver bla. kretscheman. Till detta behöver man kunskaper om symbolerna och som används på schemana då det vore omöjligt för konstruktören att avbilda alla komponenter så om dom ser ut i verkligheten.

FEL I SYSTEMET

Symetrisk belastning är när alla 3 ledarna är lika belastade. Då blir summan av spänningarna 0V och strömmarna 0V.
Osymetrisk belastning är när någon eller några av dom 3 ledarna har en anna belastning. Detta gör att nollledningen (den som är ihopslagen av dom 3 och som ska vara 0V) blir spänningsförande.

Man eftersträvar i nyinstallationer en effektfaktor på 0,9-0,95

"Utsatta del" är hölje av ledande material på apparat. Altså när mäniskor kan komma till skada. Dessa delar ska jordas. Vad som händer då är att om en av faseran skulle göra höljet strömförande kommer strömmen att rusa direckt till jord. Detta gör att strömmen ökar (då motståndet minskar) och säkringen i början av fasen smälter sönder.

Vagabonderande ström kallas strömmar som helt eller delvis tar oönskade vägar tillbaka istället för genom ledningarna. TN-S-systemet är att föredra för att förhindra detta felet.
SJ förhindrar Vagabonderande strömmar genom att använda Sugtransformatorer. Dessa transformatorer har lika många lindningar på båda lindningarna. Detta kräver att båda strömmarna är lika och ingen ström kan då "smita iväg".

Övertoner stiger med 2*Frekvensen, 3*Frekvensen osv. En fyrkantsvåg består av MASSA övertoner, just för att få fram fyrkantsvågen. Vårat svenska system med 50Hz stiger altså med 50Hz / steg i övertonen. Den tredje övertonen är den mest förekommande och den som är mest oönskad. Switchade nätvärk i ex. datorer är en stor bidragande orsak till övertoner. Andra grejer är lågenrgilampor, motorstyrningar.

Jordfelsbrytare skyddar mot person- och egendomskador genom att mätas med en summaströmstransformator. Vid felström (ström som går fel väg) bryter jordfelsbrytaren.
Utgående (fas) och ingående (nolla) ledningar går genom en järnring. Skulle magnetfältet (som skapas av strömmen i ledningarna) bli större i den ena ledarens magnetfält större bryts strömmen (när det är lika tar dom 2 ledranas magnetfält ut varandra).
För att skydda personer tillåter vi en felström (läckström - ström som smiter iväg till jord) på 30mA i max 0,3sec. (alla apparater har en viss läckström). Vid enbart brandskydd tillåter vi 300mA.

Då Iut = Iin bildas ingen ström i lindningen till Felströmsutlösaren.
Vissa system ex. Larm bör inte kopplas in på jordfelsbrytaren.

SÄKRING
Märkning på säkringar:
Beteckning Kommer från Tyskans Svenska
F Flink Snabb (Fort)
T Träge Trög

Det finns flera typer av Säkringar. Nedan näms några av dom:

Dvärgbrytare / Snabbsäkring


I en dvärgbrytare leds spännningen genom någon typ av brytläge, en spole och vidare genom en bimetall. En järnkärna är fäst vid manöver spaken som sköter brytaren. Vid en snabb ström-topp kommer elektromagneten att dra järnkärnan och spaken så att strömkretesn bryts. Vid en längre låg strömtopp kommer bimetallen att böjas av uppvärmningen och krettsen kommer att brytas.
(Bilden ovan är en mycket schematisk bild av hur en dvärgbrytare kan fungera och se ut innuti)

Porslinssäkring


Ännu vanlig är porslinssäkringarna som består av en kropp av porslin. Genom kroppen, via den främre och bakre kontakterna av metal går en tråd. Vid för hög ström smälter silvertråden av som går genom säkringen. Längst bak på säkringen sitter en signalpärla fast i tråden. När tråden smälter av faller signalpärlan (oftast) bort, detta för att indikera att säkringen löst ut.
Den främre kontakt delen av säkringen har olika storlek beroende på vilken ström säkringen klarar av. Ju mindre spetts, ju mindre ström. I botten på hålet där sökringen skruvas i sitter en passdel, en porslinsbrucka, där hålet är anpassat till spetsen av säkringen. Passdelen kan bytas ut och en större säkring kan sättas i, en som klarar strörre ström. Det går att sätta in en mindre säkring i ett hål men altså inte en större.

Passdelen och Signalpärlan har följande färger :
Gänga Märkström Färg
II 2A - Skär
4A - Brun
6A - Grön
10A - Röd
16A - Grå
20A - Blå
25A - Gul
III 32A - Svart
35A - Svart
40A - Svart
50A - Vit
63A - Koppar


Andra typer av säkringar :
Knivsäkringar används vid höga märkströmar.
Glassäklringar hittas mest i elapparater så som radioapparater osv.

Materialet till denna skrift är för rent personligt bruk och inte till för allmänheten. Bilder och insperitation till texterna är funnena i följande böcker:

Titel Författare Förlag
Ellära A Bo Johnsson Liber AB
Ellära B Bo Johnsson Liber AB
Ellära Trefas Bo Johnsson Liber AB
Elektronik 2000
Grund kurs
Bo Johnsson
Börje Lindell
Liber AB
Digitalteknik Bo Johnsson Liber AB
Elektronik 2000
Industri och kraftelektronikkretsar
Glenn Johansson Liber AB
Intoduktion till Elarbetan
BB2
Håkan Englund Liber AB
Begränsad Behörighet
BB1
Englund Håkansson Martinsen Liber AB


Jag som har gjort denna sammanställning heter Torgny Jonsson (http://www.axplock.com/).